JP2006527084A - Micromixer device and its use - Google Patents

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Abstract

混合される複数の流体が混合用通路を通過するときに次第に大きくなっていく遠心力を利用してその流体を混合するマイクロ流体混合装置と、その混合装置の使用法が開示されている。本発明による1つの装置は、一般に、主要上面と、一般にその主要上面と平行な主要底面とを有する平坦な基板と、主要上面に被さるカバー・プレートとを備えている。基板は、流体を主要上面に向かわせる少なくとも1つの流入口と、混合された流体のための少なくとも1つの放出口とを備える。基板は、上面から測った深さと、幅とを有する混合用通路を備えており、その混合用通路は、混合する流体を、その内部で、上面と平行な実質的に螺旋形をした流れパターンの層流にして流す。本発明の装置は、順番に流れてくる複数の流体を混合すること、または別々の供給路からこの装置に流入する2種類以上の流体を混合することができる。A microfluidic mixing device that mixes fluids by utilizing a centrifugal force that gradually increases when a plurality of fluids to be mixed pass through a mixing passage, and a method of using the mixing device are disclosed. One apparatus according to the present invention generally comprises a flat substrate having a major upper surface, a major bottom surface generally parallel to the major upper surface, and a cover plate covering the major upper surface. The substrate comprises at least one inlet for directing the fluid toward the main top surface and at least one outlet for the mixed fluid. The substrate includes a mixing passage having a depth measured from the top surface and a width, the mixing passage having a substantially spiral flow pattern within which the fluid to be mixed is parallel to the top surface. The laminar flow. The apparatus of the present invention can mix a plurality of fluids flowing in sequence, or can mix two or more kinds of fluids flowing into the apparatus from separate supply paths.

Description

本発明は、全体として流体力学に関する。より詳細には、本発明は、流体を混合するための装置と、その装置の製造法ならびに使用法に関する。   The present invention relates generally to fluid dynamics. More particularly, the present invention relates to an apparatus for mixing fluids and methods for making and using the apparatus.

マイクロミキサーは、非常に狭い通路内を流れる少量の流体を混合するのに用いられる装置である。マイクロミキサーは、生化学分析、ドラッグ・デリバリー、核酸の配列決定、核酸の合成で使用することを目的とした多くのマイクロ流体システムにおいて不可欠である。細胞の活性化、酵素反応、タンパク質の折り畳みなどの生物プロセスには反応が関係していることがしばしばあるため、反応物質を混合して反応を開始させる必要がある。混合は、複雑な化学合成を行なう微細加工された多くの化学システムでも必要とされる。Journal of Microelectromechanical Systems、第9巻、第2号、2000年6月に掲載されたR.H. Liu、M.A. Stremler、K.V.Sharp、M.G.Olsen、J.G. Santiago、R.J. Adrain、H. Aref、D.J. Beebeによる「曲がりくねった三次元微細通路における受動的混合」を参照のこと。   A micromixer is a device used to mix small amounts of fluid flowing in very narrow passages. Micromixers are essential in many microfluidic systems intended for use in biochemical analysis, drug delivery, nucleic acid sequencing, and nucleic acid synthesis. Since reactions are often involved in biological processes such as cell activation, enzymatic reactions, and protein folding, it is necessary to mix the reactants to initiate the reaction. Mixing is also required in many microfabricated chemical systems that perform complex chemical synthesis. Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 9, No. 2, published in June 2000 by RH Liu, MA Stremler, KVSharp, MGOlsen, JG Santiago, RJ Adrain, H. Aref, DJ Beebe See Passive mixing in original microchannels.

流体がほぼ人間の毛髪サイズの通路内を流れるとき、層流として知られている現象は、巨視的な世界を流れる流体とは非常に異なった性質を示す。層流（小さなレイノルズ数とも関係する）により、1つの通路内で、流体と粒子が、互いに隣接しているのに拡散による以外は混合がほとんどないかまったくない状態で、別々の層として移動することが可能になる。   When fluid flows through passages of approximately human hair size, the phenomenon known as laminar flow exhibits very different properties from fluids flowing through the macroscopic world. Laminar flow (also related to small Reynolds number) causes fluids and particles to move as separate layers in one passage with little or no mixing, but by diffusion, but adjacent to each other It becomes possible.

Liuらが説明している分類をこの明細書に合うようにして用いると、マイクロミキサーは、能動型と受動型に分類することができる。受動的な攪拌形態には、単純な平面内のラミネーションと、カオス的移流（Liuらにより、材料界面の急激な捻れおよび伸長として定義されている）が含まれる。能動型ミキサーは、運動する部分を備えている場合と、外部から作用（例えば圧力、電場、超音波）が強制的に加えられる場合がある。一般に、受動型ミキサーでは、混合する液体間の接触面積が大きくなるような幾何学的構造の通路を使用する。すると拡散式混合の確率が大きくなる。このタイプのミキサーは、さらに細かく2つに分類することができる。すなわち、平面内ミキサー（1つのレベルに制限された流体ネットワーク内で流れを分離して混合する）と、平面外ミキサーまたはラミネーション・ミキサー（三次元構造の通路を使用する）である。上に示したLiuらの論文には、平面外に曲がりくねった三次元のチャンネルがあってカオス的移流を利用する受動型ミキサーと、2つの平面内ミキサー（矩形波の形状をした通路と持つミキサーと、直線状通路を持つミキサー）が記載されている。最も単純な平面内ミキサーは、2つの流体流をまとめて1つの通路に入れ、分子の拡散によって混合を実現する。そのときに流体の混合や流体間での溶質の移動が実現するのは、時間と大きな拡散係数のおかげである。これは、生物サンプルの場合には問題がある。なぜなら構成分子は、複雑なオリゴマー構造またはポリマー構造になっていることがしばしばあるからである。平面外ミキサーまたはラミネーション・ミキサーは、流体流を順番に分割して三次元流体ネットワーク内に積層させる。一般に、ラミネーション・ミキサーは、多層微細加工技術を必要とする。そのためこの技術は、製造が簡単で、平面的な設計であり、マイクロ流体システムへの統合が容易であることを目指している生物分析システムの設計者にとって魅力的ではない。   Using the classification described by Liu et al. In accordance with this specification, micromixers can be classified into active and passive types. Passive agitation forms include simple in-plane lamination and chaotic advection (defined by Liu et al. As rapid twisting and stretching of the material interface). There are cases where an active mixer has a moving part and an action (for example, pressure, electric field, ultrasonic wave) is forcibly applied from the outside. In general, the passive mixer uses a geometrical passage that increases the contact area between the liquids to be mixed. This increases the probability of diffusion mixing. This type of mixer can be further divided into two categories. That is, an in-plane mixer (which separates and mixes flows within a fluid network limited to one level) and an out-of-plane mixer or lamination mixer (which uses a three-dimensional path). The above-mentioned paper by Liu et al. Shows a passive mixer that uses a chaotic advection with a tortuous three-dimensional channel outside the plane, and two in-plane mixers (a mixer with a rectangular wave path) And a mixer having a straight passage). The simplest in-plane mixer puts two fluid streams together in one passage and achieves mixing by molecular diffusion. At that time, mixing of fluids and movement of solutes between fluids is realized thanks to time and a large diffusion coefficient. This is problematic in the case of biological samples. This is because the constituent molecules often have a complicated oligomer structure or polymer structure. An out-of-plane mixer or lamination mixer divides the fluid flow in order and stacks it in a three-dimensional fluid network. In general, lamination mixers require multilayer microfabrication techniques. As such, this technology is not attractive to designers of bioanalytical systems that are simple to manufacture, have a planar design, and are aimed at easy integration into microfluidic systems.

ミクロスケールの装置内での流体の混合状態を改善するため、最近、他にもマイクロ流体装置がいくつか開発されている。2000年10月24日に登録されてワシントン大学に譲渡されたアメリカ合衆国特許番号第6,136,272号には、マイクロ流体通路内で複数の流体層を迅速に合体させて分離することにより、深さ方向と幅方向という2つの方向での拡散式混合を可能にする装置が記載されている。残念なことに、この特許に記載されている装置は、”混合モード”で使用する曲線状のブリッジ式通路に関するものであり、その通路内で遠心力を利用して混合することについては記載されていない。実際、この装置は、ブリッジ式通路内で複数の層流が分離された状態を維持することが目的であるように見える。この装置では、どの曲がったブリッジ式通路よりも下流にある互いに平行な直線状通路の中でだけ、混合が起こっているように見える。   Several other microfluidic devices have recently been developed to improve the fluid mixing in microscale devices. US Pat. No. 6,136,272, registered on October 24, 2000 and assigned to the University of Washington, describes the depth direction and width by quickly combining and separating multiple fluid layers within a microfluidic passage. An apparatus is described that allows diffusive mixing in two directions, the direction. Unfortunately, the device described in this patent relates to a curved bridge-type passage for use in “mixing mode” and is described for mixing using centrifugal force in that passage. Not. Indeed, this device appears to be aimed at maintaining multiple laminar flows separated within a bridged passage. In this device, it appears that mixing occurs only in parallel straight passages downstream of any curved bridge passage.

2001年11月29日に公開され、Micronics社に譲渡されたPCT特許出願WO 01/89675A2には、一般に円形で、運動する部品を含まず、逐次流と層流の両方を混合できるジェット渦巻式ミキサーが記載されている。この装置は能動型ミキサーと呼ぶことができる。なぜなら、この装置の入口はポンピング・バルブに接続されているため、そのバルブからミキサーにパワーが伝えられて流体がミキサーの内部を前後に移動するからである。この装置は、流入する流体をまとめる区画を必要とする。その区画があることにより、混合室に入る前の流体の直線速度が大きくなる。この区画があることで、装置を繰り返して使用するときの清掃が難しくなる可能性がある。   PCT patent application WO 01 / 89675A2, published November 29, 2001 and assigned to Micronics, is generally circular, does not include moving parts, and is a jet swirl that can mix both sequential and laminar flow A mixer is described. This device can be called an active mixer. This is because the inlet of this device is connected to a pumping valve, so that power is transmitted from the valve to the mixer and the fluid moves back and forth inside the mixer. This device requires a compartment to collect the incoming fluid. The presence of the compartment increases the linear velocity of the fluid before entering the mixing chamber. The presence of this compartment can make cleaning difficult when the device is used repeatedly.

2002年7月25日に公開されたアメリカ合衆国公開特許出願第2002/0097632 A1号にはマイクロシステム用プラットフォームが記載されており、流体流がCD-ROMディスクと同様に回転して生じる求心力によって動くとき、そのプラットフォームの表面で1つまたは複数の流体の効果的な混合が実現される。この装置は、流体を複数の薄い層として混合するのではなく、順番に混合できるだけであるように見える。   United States Published Patent Application No. 2002/0097632 A1, published July 25, 2002, describes a platform for microsystems, where the fluid flow is driven by the centripetal force generated by rotation similar to a CD-ROM disk. Effective mixing of one or more fluids is achieved at the surface of the platform. This device appears to only mix the fluids in sequence, rather than mixing them as thin layers.

最近の進歩にもかかわらず、試薬の混合、または試薬とサンプルの混合を、マイクロ流体装置において、効率よく、信頼性よく、繰り返して行ないたいという要求が、多くの分野で満たされていない。例えば、生化学分析、ドラッグ・デリバリー、核酸の配列決定、核酸の合成、生物プロセス（例えば細胞の活性化、酵素反応、タンパク質の折り畳み）には反応が関係していることがしばしばあるため、ミクロ空間で反応物質を混合して反応を開始させる必要がある。混合は、コンビナトリアル・ケミストリーなどの複雑な化学合成を行なう多くの微細加工化学システムでも必要とされる。   Despite recent advances, the need to repeat reagent mixing or reagent and sample mixing efficiently, reliably, and repeatedly in microfluidic devices has not been met in many areas. For example, reactions are often involved in biochemical analysis, drug delivery, nucleic acid sequencing, nucleic acid synthesis, and biological processes (eg, cell activation, enzymatic reactions, protein folding) It is necessary to start the reaction by mixing the reactants in space. Mixing is also required in many microfabricated chemical systems that perform complex chemical synthesis such as combinatorial chemistry.

本発明の装置と方法により、マイクロフルイディクスに関する以前の装置と方法の上記問題点の多くを減らしたり解決したりすることができる。   The apparatus and method of the present invention can reduce or solve many of the above problems of previous apparatuses and methods related to microfluidics.

本発明による第1の実施態様は、少なくとも2種類の流体を混合するためのマイクロ流体混合装置である。本発明による1つの装置は、1つ以上の流体流入路と、混合用通路とを有する基板を備えており、混合用通路は、深さと幅を持っていることと、その中で混合する流体を、基板の上面と実質的に平行な実質的に螺旋形の流れパターンにして流すことと、生成物用通路に接続されていることを特徴とする。   A first embodiment according to the present invention is a microfluidic mixing device for mixing at least two kinds of fluids. One apparatus according to the present invention comprises a substrate having one or more fluid inflow channels and a mixing channel, the mixing channel having a depth and width, and the fluid to be mixed therein. In a substantially spiral flow pattern substantially parallel to the top surface of the substrate and connected to the product passage.

本発明の装置は、一般に、主要上面と、一般にその主要上面と平行な主要底面とを有する平坦な基板を備えることができる。基板は、混合する流体を主要上面に向かわせる1つ以上の流入口を備えることができる。例えば、本発明の装置は、同じ流入口を通じて入ってくるが時間的なずれがある2種類以上の流体を混合することができた。装置の特別な使用法によると、基板は、必要な場合には、混合した流体の放出口も備えることができる。より一般的なのは、本発明の装置が異なる供給流から流れてくる2種類以上の流体を混合するというものであり、流入口が必要な場合には、装置が第1と第2の流入口を備えていて、第1の流入口が第1の供給路に接続され、第2の流入口が第2の供給路に接続され、第1と第2の供給路が混合用通路内の結合部で出会うことになる。混合用通路に向かう供給路の少なくとも一方は、実質的に螺旋形である流れパターンの接線方向を向いている。混合用通路は、第1と第2の混合用通路区画を備えることができ、第1の混合用通路区画は、混合する流体を基板の周辺部から中心部に向ける構成にされている。第1の混合用通路区画は、その後、第2の混合用通路区画に流体を供給し、その第2の混合用通路区画内で混合される流体は、第1の混合用通路区画における螺旋パターンとは逆の螺旋パターンになって流れる。第2の混合用通路区画は、第1の混合用通路区画に隣接していてもしていなくてもよい。放出口は、基板の中心部または周辺部に配置することができる。放出口は第2の流体処理装置に接続することができる。そのとき第2の流体処理装置は、本発明による第2の装置であるか、別の装置である。本発明の装置は、カバー・プレートを備えることができる。カバー・プレートは、光が入るように透明にするとよい。別の方法として、混合用通路を、その混合用通路の縁部を延長して閉じた状態にすること、あるいは混合中の流体が固化した上面を形成する一方で、混合中のその流体の大半が混合用通路内でその固化した上面の下を横断するようにすることができる。混合用通路の断面は、長方形、円形、楕円形、台形からなるグループの中から選択した形状である。   The apparatus of the present invention can generally comprise a flat substrate having a major top surface and a major bottom surface generally parallel to the major top surface. The substrate can include one or more inlets that direct the fluid to be mixed toward the major upper surface. For example, the device of the present invention was able to mix two or more fluids that entered through the same inlet but had a time lag. According to the particular use of the device, the substrate can also be provided with a mixed fluid outlet, if necessary. More generally, the device of the present invention mixes two or more fluids coming from different feed streams, and if an inlet is required, the device will connect the first and second inlets. The first inlet is connected to the first supply path, the second inlet is connected to the second supply path, and the first and second supply paths are connected to each other in the mixing passage. You will meet in At least one of the supply paths toward the mixing passage is directed in a tangential direction of the flow pattern which is substantially helical. The mixing passage may include first and second mixing passage sections, and the first mixing passage section is configured to direct the fluid to be mixed from the periphery of the substrate toward the center. The first mixing passage section then supplies fluid to the second mixing passage section, and the fluid mixed in the second mixing passage section is a spiral pattern in the first mixing passage section. It flows in the reverse spiral pattern. The second mixing passage section may or may not be adjacent to the first mixing passage section. The discharge port can be arranged at the central part or the peripheral part of the substrate. The discharge port can be connected to a second fluid treatment device. The second fluid treatment device is then the second device according to the present invention or another device. The device of the present invention can comprise a cover plate. The cover plate should be transparent so that light can enter. Alternatively, the mixing passage may be closed by extending the edges of the mixing passage, or the mixing fluid may form a solidified top surface while the majority of the fluid being mixed Can traverse below the solidified upper surface in the mixing channel. The cross section of the mixing passage has a shape selected from the group consisting of a rectangle, a circle, an ellipse, and a trapezoid.

混合用通路は、反応性のある材料、または不活性な材料で構成することができる。反応性材料は、有機材料でも無機材料でもよく、触媒、酵素、リガンド、オリゴマー、オリゴヌクレオチドなどからなるグループの中から選択する。基板は、シリコン、金属、ガラス、セラミック、ならびにこれらの組み合わせからなるグループの中から選択した材料を含んでいる。流入口と放出口は、基板の主要上面または周辺部で開口して他の平面内装置へと通じた状態にすることができる。   The mixing channel can be composed of a reactive material or an inert material. The reactive material may be an organic material or an inorganic material, and is selected from the group consisting of catalysts, enzymes, ligands, oligomers, oligonucleotides and the like. The substrate includes a material selected from the group consisting of silicon, metal, glass, ceramic, and combinations thereof. The inlet and outlet can be open at the major upper surface or periphery of the substrate to communicate with other in-plane devices.

本発明による別の実施態様は、本発明の混合装置を用いて流体を混合する方法である。この方法は、
a）混合する流体を選択するステップと；
b）装置の半径Rと、混合用通路の深さおよび幅を、
i）デッドスペースをできるだけ少なくする；
ii）混合される流体の流速；
iii）混合される流体の粘性率；
iv）0<tr<tc
（ただしtrは、混合用通路内を流れる流体の滞在時間であり、tcは、理想的な混合装置の中で流体が完全に混合するのに要する時間である）という方針に従って選択するステップと；
c）混合する流体を混合用通路に供給してその中を通過させるステップを含んでいる。 Another embodiment according to the present invention is a method of mixing fluids using the mixing apparatus of the present invention. This method
a) selecting a fluid to be mixed;
b) the radius R of the device and the depth and width of the mixing channel,
i) Minimize dead space as much as possible;
ii) the flow rate of the fluid to be mixed;
iii) the viscosity of the fluid to be mixed;
iv) 0 <t r <t c
(Where t r is the residence time of the fluid flowing in the mixing passage and t c is the time required for the fluid to mix completely in an ideal mixing device) When;
c) supplying fluid to be mixed to the mixing passage and passing through it;

この装置の使用法は、2つの供給路のなす角度θを選択するステップと；混合する流体の温度を維持するステップと；混合中に発生する熱エネルギーを除去するか、混合中に装置にエネルギーを供給するステップを含むことができる。この方法は、混合された流体の性質を測定することによって混合の程度および／または反応の程度をモニターするステップも含むことができる。測定する性質の選択は、色、温度、混合用通路内のある点と別の点の温度差、放射能、結合親和性、NMRスペクトル、質量スペクトル、IRスペクトル、X線蛍光スペクトル、ラマン・スペクトル、導電率、抵抗率、ゼータ電位、表面プラズモン共鳴、粘性率、屈折率、蛍光、pH、ならびにこれらの組み合わせからなるグループの中から行なう。   The use of this device includes the steps of selecting the angle θ formed by the two supply channels; maintaining the temperature of the fluid to be mixed; removing the heat energy generated during mixing or energizing the device during mixing. A step of providing The method can also include monitoring the degree of mixing and / or the degree of reaction by measuring the properties of the mixed fluid. The properties to be measured are: color, temperature, temperature difference between one point and another in the mixing channel, radioactivity, binding affinity, NMR spectrum, mass spectrum, IR spectrum, X-ray fluorescence spectrum, Raman spectrum , Conductivity, resistivity, zeta potential, surface plasmon resonance, viscosity, refractive index, fluorescence, pH, and combinations thereof.

本発明のさらに別の特徴ならびに利点は、実施態様に関する以下の説明を読むことによって明らかになろう。   Further features and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following description of the embodiments.

本発明とその利点をより完全に理解するため、添付の図面を参照してこれから説明を行なう。   For a more complete understanding of the present invention and its advantages, reference will now be made to the accompanying drawings.

発明者は、流体を混合するためのユニークな装置と、流体を混合するためのその装置のユニークな使用法を開発した。本発明による装置と使用法は、遠心力によって促進される拡散プロセスの結果として生じる混合に基づいている。混合装置の断面を横断する方向の速度プロファイルが一定にならないのは、粘性力と遠心力（径方向の慣性）が組み合わさることが原因である。粘性力は、典型的な二次の速度プロファイルを生み出すのに対し、遠心力は、接線方向の速度と、流体の質量と、装置の中心から興味のある点までの距離で表わされる混合用通路の半径とに比例する。すべての力が合わさって流体に作用すると、流体は、より内側の流入路から、第2の通路すなわちより外側の通路に流れ込んで連続的に循環する流れパターンになる。装置のサイズと使用者の要望に応じ、2種類以上の流体を本発明の装置で混合することができる。   The inventor has developed a unique device for mixing fluids and a unique use of the device for mixing fluids. The device and method of use according to the invention is based on the mixing resulting from the diffusion process promoted by centrifugal force. The speed profile in the direction across the cross section of the mixing device is not constant because of the combination of viscous forces and centrifugal forces (radial inertia). Viscous force produces a typical second order velocity profile, whereas centrifugal force is a tangential velocity, fluid mass, and mixing path represented by the distance from the center of the device to the point of interest. Is proportional to the radius. When all the forces are combined and act on the fluid, the fluid flows from the inner inflow path into the second or outer path and continuously circulates. Depending on the size of the device and the needs of the user, two or more fluids can be mixed in the device of the present invention.

ここで図面を参照すると、図1は、本発明による装置100の（拡大）概略平面図であり、いくつかの部品は点線で示してある。装置100は、第1の流体供給路2と、第2の流体供給路4と、結合部6を備えている。第1の流体供給路2と、第2の流体供給路4は、角度θをなしている。この角度θは、約10°〜約90°であるが、約20°〜約45°であることが好ましい。第1と第2の流体供給路は、装置の中心点Cに向かって螺旋状に巻かれた混合用通路7に流体を供給する。この実施態様では、混合される流体は、中心点Cに到達すると、混合用通路7に隣接した第2の混合用通路7'に連続的に移動し、混合用通路7を通過する流体とは反対の角度方向に流れていく。装置100は、流入口14および16と、放出口18に通じる生成物用通路8も備えている。カバー・プレート10と基板12は点線で示してある。線C-Pに沿って測った半径Rも図示してある。なお点Pは、基板の周辺部にある点である。本発明による装置の半径Rは、点Pが基板の周辺部を移動するにつれて連続的に変化することに注意されたい。   Referring now to the drawings, FIG. 1 is an (enlarged) schematic plan view of an apparatus 100 according to the present invention, with some components shown in dotted lines. The apparatus 100 includes a first fluid supply path 2, a second fluid supply path 4, and a coupling portion 6. The first fluid supply path 2 and the second fluid supply path 4 form an angle θ. This angle θ is from about 10 ° to about 90 °, preferably from about 20 ° to about 45 °. The first and second fluid supply passages supply fluid to the mixing passage 7 spirally wound toward the center point C of the apparatus. In this embodiment, when the fluid to be mixed reaches the center point C, it is continuously moved to the second mixing passage 7 ′ adjacent to the mixing passage 7, and the fluid passing through the mixing passage 7 is defined as It flows in the opposite angular direction. The device 100 also includes inlets 14 and 16 and a product passage 8 leading to the outlet 18. The cover plate 10 and the substrate 12 are indicated by dotted lines. Also shown is a radius R measured along line C-P. The point P is a point in the peripheral part of the substrate. Note that the radius R of the device according to the invention changes continuously as the point P moves around the periphery of the substrate.

本発明の方法と装置では、装置の半径R、断面積A、混合用通路の幅を選択する際には一般に以下の方針に従う。
i）デッドスペースをできるだけ少なくする；
ii）混合される流体の流速；
iii）混合される流体の粘性率；
iv）0<tr<tc
（ただしtrは、混合用通路内を流れる流体の滞在時間であり、tcは、理想的な混合装置または完璧な混合装置の中で流体が完全に混合するのに要する時間である）。 In the method and apparatus of the present invention, the following policy is generally followed when selecting the radius R, cross-sectional area A, and width of the mixing passage.
i) Minimize dead space as much as possible;
ii) the flow rate of the fluid to be mixed;
iii) the viscosity of the fluid to be mixed;
iv) 0 <t r <t c
(Where t r is the residence time of the fluid flowing in the mixing channel and t c is the time required for the fluid to mix thoroughly in an ideal or perfect mixing device).

図2A、図2B、図2C、図2Dは、それぞれ切断線2A、2B、2C、2Dに沿った（拡大）断面であり、それを110、120、130、140で示してある。断面110（図2A）には、装置100のどこに流入口14と16が位置していて、どこに供給路2と4が位置しているかが示してある。断面120（図2B）には、供給路2と4の位置が示してある。断面130（図2C）には、第1の混合用通路7と第2の混合用通路7'が示してある。最後に断面140（図2D）には、放出口18の位置が示してある。   2A, 2B, 2C, and 2D are (enlarged) cross-sections along section lines 2A, 2B, 2C, and 2D, respectively, which are indicated by 110, 120, 130, and 140, respectively. Section 110 (FIG. 2A) shows where the inlets 14 and 16 are located in the apparatus 100 and where the supply channels 2 and 4 are located. Section 120 (FIG. 2B) shows the location of supply paths 2 and 4. The cross section 130 (FIG. 2C) shows the first mixing passage 7 and the second mixing passage 7 ′. Finally, the cross section 140 (FIG. 2D) shows the position of the outlet 18.

図3は、本発明による別の装置150の（拡大）概略平面図である。装置150は、図1の装置100と似ているが、第3の流入口14'と第3の供給路4'を備えている点が異なっている。流入口14'と供給路4'は、結合部6'で第2の供給路4に接続されている。実施態様に示した任意の装置で4種類以上の流体を混合することもできる。しかしそのためには、適切な流入口と流体通路が利用できねばならない。   FIG. 3 is a (enlarged) schematic plan view of another apparatus 150 according to the present invention. The apparatus 150 is similar to the apparatus 100 of FIG. 1, except that it includes a third inlet 14 ′ and a third supply path 4 ′. The inflow port 14 ′ and the supply path 4 ′ are connected to the second supply path 4 by a coupling portion 6 ′. It is also possible to mix four or more types of fluids using any of the devices shown in the embodiments. To do so, however, appropriate inlets and fluid passages must be available.

図4は、本発明による別の装置160の（拡大）概略平面図である。装置160により、流入口14と16、ならびに供給路2と4を通じ、2種類の流体を混合することができる。しかしこの実施態様は2種類の流体に限定されず、図3に示したように、3種類の流体を混合できるように改変することが可能である。図4の装置160では、2種類の流体が結合部6で合流し、1つの混合用通路7の中を、装置の中心に位置する放出口20に向かって流れる。   FIG. 4 is a (enlarged) schematic plan view of another apparatus 160 according to the present invention. By means of the device 160, two fluids can be mixed through the inlets 14 and 16 and the supply channels 2 and 4. However, this embodiment is not limited to two types of fluids, and can be modified to mix three types of fluids as shown in FIG. In the device 160 of FIG. 4, two kinds of fluids merge at the coupling portion 6 and flow in one mixing passage 7 toward the discharge port 20 located at the center of the device.

図5は、図4の切断線5-5に沿った断面図であり、放出口20と混合用通路7も示してある。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line 5-5 in FIG. 4, and also shows the discharge port 20 and the mixing passage 7.

図6A〜図6Cは、本発明による3つの装置の（拡大）概略平面図である。図6Aには、図1〜図5のような1つの中心ではなく、2つの中心を有する装置170が示してある。流体の供給路2aと4aは、混合する2種類の流体を第1の混合用通路7aに向けた後、第2の混合用通路7a'に向かわせる。混合用通路9aの中で混合が続けられる。この混合用通路9aは、第2ステージの混合用通路11aと13aへの接続部としても機能する。混合された流体は、放出路8aを通じて装置から出ていく。図6Bには、図6Aの装置170と似た装置180が示してある。混合する2種類の流体は、流体の供給路2bと4bから入ると、混合用通路7bと7b'に向かい、次いで混合用通路9b、11b、13bに向かい、混合された流体は、最終的に放出路8bから出ていく。装置170と180の本質的な違いは、装置170の通路のほうが長いため、混合する流体の滞在時間（tr）がより長くなる点である。図6Cには、4つの中心を持つ装置190が示してある。この装置は、装置180を2つ直列に接続したものと見ることができる。混合する2種類の流体は、流体の供給路2cと4cから入ると、混合用通路7cと7c'に向かい、次いで混合用通路9c、11c、13cに向かう。接続用の混合用通路9c'は、混合用通路13cを混合用通路15cに接続している。そのため今度は混合用通路15cが混合する流体を通路17c、9c"、19c、21cに向かわせ、混合された流体は最終的に放出路8cから出ていく。それぞれの装置170、180、190において、混合チェンバーの長さ（円形部の数）は、混合効率に応じてより長くすることもより短くすることもできる。 6A-6C are (enlarged) schematic plan views of three devices according to the present invention. FIG. 6A shows a device 170 having two centers instead of one center as in FIGS. The fluid supply paths 2a and 4a direct two kinds of fluids to be mixed to the first mixing passage 7a and then to the second mixing passage 7a ′. Mixing is continued in the mixing passage 9a. The mixing passage 9a also functions as a connection portion to the mixing passages 11a and 13a of the second stage. The mixed fluid exits the device through the discharge path 8a. FIG. 6B shows a device 180 similar to the device 170 of FIG. 6A. When the two fluids to be mixed enter from the fluid supply passages 2b and 4b, the fluids flow toward the mixing passages 7b and 7b ′, and then toward the mixing passages 9b, 11b, and 13b. Exit from discharge path 8b. The essential difference between the devices 170 and 180 is that the residence time (t r ) of the fluid to be mixed is longer because the path of the device 170 is longer. In FIG. 6C, a device 190 having four centers is shown. This device can be viewed as two devices 180 connected in series. When two fluids to be mixed enter from the fluid supply passages 2c and 4c, they go to the mixing passages 7c and 7c ′ and then to the mixing passages 9c, 11c, and 13c. The connecting mixing passage 9c ′ connects the mixing passage 13c to the mixing passage 15c. Therefore, this time, the fluid to be mixed by the mixing passage 15c is directed to the passages 17c, 9c ", 19c, 21c, and the mixed fluid finally leaves the discharge passage 8c. In the respective devices 170, 180, 190 The length of the mixing chamber (number of circular portions) can be made longer or shorter depending on the mixing efficiency.

本発明の装置と方法には多くの変形例が可能であり、例えば、非反応性流体の混合、反応性流体と不活性流体の混合、冷たい流体と熱い流体の混合が可能である（ただし、使用する構成材料がこうした混合法の少なくとも1つに十分に耐えられる必要がある）。図1、図3、図4の実施態様を並列または直列にするという態様も可能である。例えば2種類の流体を第1の装置で混合した後、第2の装置でその混合物を第3の流体と混合する。そのとき第2の装置は、第1の装置と同じでも異なっていてもよい。混合用通路が、反応部位、反応部、受容部などを備えていて、その装置をフィルタまたはクロマトグラフとして用いる実施態様を考えることができよう。   Many variations of the apparatus and method of the present invention are possible, including, for example, mixing non-reactive fluids, mixing reactive and inert fluids, and mixing cold and hot fluids (however, The materials used must be able to withstand at least one of these mixing methods). A mode in which the embodiments of FIGS. 1, 3, and 4 are arranged in parallel or in series is also possible. For example, after mixing two kinds of fluids in the first device, the mixture is mixed with the third fluid in the second device. The second device can then be the same as or different from the first device. An embodiment may be envisaged in which the mixing channel comprises a reaction site, a reaction section, a receiving section, etc., and the apparatus is used as a filter or chromatograph.

基板材料としては、平坦な形状にできて、内部または表面に通路を形成できる任意の材料が可能である。混合装置は、興味の対象である流体に適した任意の基板の上に作ること、またはそのような基板から作ることができる。螺旋形をした混合用通路は、一般に、幅が20〜200μm、深さが20〜200μmである。通路の輪郭は、長方形、台形、円形、楕円形のいずれかにするか、基板上にパターニングすることが可能な他の任意の形状にすることができる。基板はシリコンにすることができ、カバー・プレートはガラスまたはプラスチックにすることができる。これら2つの材料は、シリコンおよびガラスとのアノード結合によって互いに結合することができる。混合装置の流入口と放出口は、平面の内部にあっても外部にあってもよい。平面外にある実施態様を図1に示してある。アクセス用の穴が螺旋形の通路を有するシリコン基板に設けられているが、本発明の装置は、カバー材料にドリルで開けた穴でも同様にうまく機能することがわかっている。流体の流入口と放出口を基板の縁部に導いて縁部での接続にすることもできる。本発明の装置では、他の任意の材料を使用できる。例えば、ポリマー基板（例えばポリエステル（ポリカーボネートなど）、ポリジメチルスルホキサン（PDMS））、金属基板（例えばアルミニウム、ステンレス鋼、チタン）などがある。同様に、図ではカバー層をガラスにしてあるが、通路を閉じるのに適した他の任意の材料を用いることもできる。この明細書に示した装置では基板内にエッチングで設けた通路について説明してあるが、本発明の装置は、基板上に通路を設ける方法（例えば薄膜や厚膜の表面を微細加工する方法）で作ることもできる。その場合に通路は、電気メッキした金属の壁、多結晶シリコンの壁、二酸化ケイ素の壁、窒化ケイ素の壁のいずれかを利用して作られる。   The substrate material can be any material that can have a flat shape and can form passages therein or on the surface. The mixing device can be made on or from any substrate suitable for the fluid of interest. The spiral mixing passage generally has a width of 20 to 200 μm and a depth of 20 to 200 μm. The outline of the passage can be rectangular, trapezoidal, circular, elliptical, or any other shape that can be patterned on the substrate. The substrate can be silicon and the cover plate can be glass or plastic. These two materials can be bonded together by anodic bonding with silicon and glass. The inlet and outlet of the mixing device may be inside or outside the plane. An embodiment out of plane is shown in FIG. Although access holes are provided in a silicon substrate having a spiral passage, the apparatus of the present invention has been found to work equally well with holes drilled in the cover material. The fluid inlet and outlet can also be led to the edge of the substrate for connection at the edge. Any other material can be used in the apparatus of the present invention. For example, there are polymer substrates (for example, polyester (polycarbonate, etc.), polydimethylsulfoxane (PDMS)), metal substrates (for example, aluminum, stainless steel, titanium), and the like. Similarly, although the cover layer is made of glass in the figure, any other material suitable for closing the passage may be used. In the apparatus shown in this specification, the passage provided in the substrate by etching is described. However, the apparatus of the present invention is a method of providing a passage on the substrate (for example, a method of finely processing the surface of a thin film or thick film). Can also be made. In that case, the passages are made using either electroplated metal walls, polycrystalline silicon walls, silicon dioxide walls, or silicon nitride walls.

2003年5月23日に出願した同時係属中の出願シリアル番号第10/444,505号（その内容は参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）からわかるように、混合する流体の性質によっては、ポリマー・インク付着法を利用して混合用通路を形成することができる。ポリマー・インク付着法では、ポリマー（例えばポリマー・フィルム）を、パターニングした鋳型の表面に、可能ならばスピン・コーティングによって付着させ、そのポリマーを最終的に基板に移してパターンのポジ画像を得る。“インクによる”そのパターンの縁部をより滑らかにするため、表面を選択的に処理する方法（差別化表面エネルギー処理法と呼ばれることもある）が開発されている。表面を選択的に処理するとき、移動したパターンの突起した表面（この明細書では突起部と呼ぶ）を、例えばシランを含浸させるか単にシランをコーティングした可撓性のあるスタンプ（この明細書ではアプリケータとも呼ぶ）を用いてまず最初に処理することにより、突起部上に中間エネルギー表面を作る。次に、第2の表面エネルギー変更物に曝露して（例えば液体有機シランに浸して）移動したパターンの凹部や溝を処理することにより、最初に処理したときよりも表面エネルギーを低くする。凹部の側壁と底部の表面エネルギーは突起部の表面エネルギーよりも低いため、側壁からのポリマーの離脱が促進される。ポリマーは、側壁から離脱することによって突起部の縁部（この明細書では特徴的縁部とも呼ぶ）近傍で不連続になる。したがって移動したパターンの突起部表面のポリマーは、滑らかな縁部を有する基板にインクとなって載ることができる。他の高スループット・パターニング法（例えばマイクロコンタクト・プリンティング（μCP）やナノインプリント・リソグラフィ（NIL））も利用することができる。   As can be seen from the co-pending application Serial No. 10 / 444,505 filed on May 23, 2003 (the contents of which are incorporated herein by reference) Can form a mixing channel by using a polymer ink deposition method. In the polymer ink deposition method, a polymer (eg, a polymer film) is deposited on the patterned mold surface, possibly by spin coating, and the polymer is finally transferred to a substrate to obtain a positive image of the pattern. In order to make the edges of the pattern “in ink” smoother, methods have been developed to selectively treat the surface (sometimes referred to as differentiated surface energy treatment). When selectively treating a surface, the protruding surface of the transferred pattern (referred to herein as a protrusion) is, for example, a flexible stamp (in this specification) impregnated with silane or simply coated with silane. An intermediate energy surface is created on the protrusion by first processing with an applicator). Next, exposure to the second surface energy modification (eg, immersion in liquid organosilane) treats the recessed portions or grooves of the moved pattern, thereby reducing the surface energy compared to the initial treatment. Since the surface energy of the side wall and the bottom of the recess is lower than the surface energy of the protrusion, the release of the polymer from the side wall is promoted. The polymer becomes discontinuous near the edge of the protrusion (also referred to herein as the characteristic edge) by detaching from the sidewall. Accordingly, the polymer on the surface of the protruding portion of the moved pattern can be placed as ink on a substrate having a smooth edge. Other high-throughput patterning methods such as microcontact printing (μCP) and nanoimprint lithography (NIL) can also be used.

図1と図2には、螺旋を巻きながら中心に向かった後、外縁部に向かって再び螺旋を巻いて出ていく二重螺旋形通路を有する本発明の装置100の大まかな平面図と断面図が示してある。この実施態様では、装置は、ガラス製カバー10で覆われた基板12によって構成されている。カバー10は透明であるため、光が供給路2、4と混合用通路7に到達する。裏側の開口部が流入口14、16と放出口18を形成している。図1の装置100では、供給路2が供給路4と合流して結合部6を形成している。供給路2は、装置の外周部の接線方向を向いている。混合された流体のための通路8（この明細書ではミキサー終端部と呼ぶ）は、他のマイクロ流体装置構成要素（例えば、反応チェンバー、結合チェンバー、液体リザーバ、別の平面内のマイクロ流体通路（図示せず））と接続することができる。通路8は、本発明のマイクロ流体装置から流体を取り出すための放出口18に接続することもできる。   FIGS. 1 and 2 show a rough plan view and cross-section of a device 100 of the present invention having a double helical path that goes to the center while spiraling and then exits again to the outer edge. The figure is shown. In this embodiment, the device is constituted by a substrate 12 covered with a glass cover 10. Since the cover 10 is transparent, the light reaches the supply paths 2 and 4 and the mixing path 7. The openings on the back side form the inlets 14 and 16 and the outlet 18. In the apparatus 100 of FIG. 1, the supply path 2 merges with the supply path 4 to form a coupling portion 6. The supply path 2 faces the tangential direction of the outer peripheral portion of the apparatus. The channel 8 for the mixed fluid (referred to herein as the mixer end) is another microfluidic device component (eg, reaction chamber, coupling chamber, liquid reservoir, microfluidic channel in another plane ( (Not shown)). The passage 8 can also be connected to an outlet 18 for removing fluid from the microfluidic device of the present invention.

本発明による装置の中を流体が循環すると、混合しようとする興味の対象である流体同士の有効接触面積が増大するため、拡散による混合が促進される。流速を大きくすると循環量が増えるが、流体が混合装置内に留まる合計時間は短くなる。そのため拡散の時間が短くなるという問題がある。例えば流速を遅くすると、循環量が少なくなる一方で、混合装置内の滞在時間は長くなる。その場合、螺旋形であることによって拡散に基づく混合が促進されることはほとんどない。   When the fluid circulates in the device according to the invention, the effective contact area between the fluids of interest to be mixed increases, so that mixing by diffusion is promoted. Increasing the flow rate increases the amount of circulation, but reduces the total time that the fluid remains in the mixing device. Therefore, there is a problem that the diffusion time is shortened. For example, if the flow rate is slowed down, the circulation amount decreases, while the residence time in the mixing device increases. In that case, mixing based on diffusion is hardly promoted by the spiral shape.

本発明の装置は、それぞれの流入口と供給路を通過するときの流速が異なっている場合に適している。本発明の装置は、密度が互いに同じ流体、または密度が互いに異なる流体でも使用することができる。螺旋形になっていることで、流体が混合装置の中心部に向かって移動するにつれて力の遠心成分が大きくなる。遠心力は外縁部で最小になる。最適な設計の混合装置では、決められた流速の範囲において、デッドスペースと滞在時間というパラメータがバランスしている。混合装置全体の半径を大きくするとデッドスペースが増加し、遠心力による混合促進効果がますます小さくなる。しかし流体を混合するには、流速を大きくするのに合わせて滞在時間を十分長くせねばならないことがしばしばある。   The apparatus of the present invention is suitable when the flow rates when passing through the respective inlets and supply paths are different. The device of the present invention can be used with fluids having the same density or different densities. The spiral shape increases the centrifugal component of the force as the fluid moves toward the center of the mixing device. Centrifugal force is minimized at the outer edge. In an optimally designed mixing device, the parameters of dead space and dwell time are balanced within a defined flow velocity range. Increasing the radius of the entire mixing device increases dead space, and the effect of promoting mixing by centrifugal force becomes smaller. However, in order to mix fluids, the residence time often has to be long enough to increase the flow rate.

混合の程度は、混合された流体の性質を測定するための数多い分析法のうちの任意の方法で観測すること、および／またはモニターすること、および／または制御すること、および／または維持することができる。測定する性質の選択は、例えば、色、温度、混合用通路内のある点から別の点に移動するときの温度変化、放射能、結合親和性、NMRスペクトル、質量スペクトル、IRスペクトル、X線蛍光スペクトル、ラマン・スペクトル、導電率、抵抗率、ゼータ電位、表面プラズモン共鳴、粘性率、屈折率、蛍光、pH、ならびにこれらの組み合わせからなるグループの中から行なう。   The degree of mixing is observed and / or monitored and / or controlled and / or maintained by any of a number of analytical methods for measuring the properties of the mixed fluid. Can do. Selection of properties to be measured includes, for example, color, temperature, temperature change when moving from one point in the mixing channel to another, radioactivity, binding affinity, NMR spectrum, mass spectrum, IR spectrum, X-ray This is performed from the group consisting of fluorescence spectrum, Raman spectrum, conductivity, resistivity, zeta potential, surface plasmon resonance, viscosity, refractive index, fluorescence, pH, and combinations thereof.

上記の実施例と説明は本発明の典型として与えたものであり、その実施例や説明によって添付の請求項の範囲が制限されることはまったく意図していない。   The above examples and description are given as exemplary of the present invention and are not intended to limit the scope of the appended claims in any way.

本発明による装置の（拡大）概略平面図であり、いくつかの部品が点線で示してある。1 is a (enlarged) schematic plan view of an apparatus according to the present invention, with some components shown in dotted lines. 図1に示した切断線に沿った（拡大）断面図である。FIG. 2 is an (enlarged) cross-sectional view along the cutting line shown in FIG. 本発明による別の装置の（拡大）概略平面図である。FIG. 6 is a (enlarged) schematic plan view of another apparatus according to the present invention. 本発明による別の装置の（拡大）概略平面図である。FIG. 6 is a (enlarged) schematic plan view of another apparatus according to the present invention. 図4の切断線5-5に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a cutting line 5-5 in FIG. 本発明による3つの装置の（拡大）概略平面図である。FIG. 3 is an (enlarged) schematic plan view of three devices according to the present invention.

Claims (27)

少なくとも2種類の流体を混合する装置であって、
混合する流体を混合用通路に向かわせる1つ以上の流体供給路を有する基板を備えており、前記混合用通路は、深さと幅を持っていることと、その中で混合する流体を、基板の上面と実質的に平行な実質的に螺旋形の流れパターンにすることと、生成物用通路に接続されていることを特徴とする装置。 A device for mixing at least two fluids,
A substrate having one or more fluid supply passages for directing the fluid to be mixed to the mixing passage; the mixing passage having a depth and a width; A substantially spiral flow pattern substantially parallel to the top surface of the substrate and connected to the product passage. 前記基板が、主要上面と、一般に該主要上面と平行な主要底面とを有すると共に、混合する流体を前記流体供給路に向かわせる少なくとも1つの流入口と、前記生物用通路に接続された少なくとも1つの放出口とを備えていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。   The substrate has a major upper surface and a major bottom surface generally parallel to the major upper surface, and at least one inlet for directing a fluid to be mixed to the fluid supply path, and at least one connected to the biological passage. The device according to claim 1, comprising one outlet. 第1と第2の流入口を備え、前記第1の流入口は第1の供給路に接続され、前記第2の流入口は第2の供給路に接続され、前記第1と第2の供給路が前記混合用通路内の結合部で合流している、請求項1に記載の装置。   A first inlet and a second inlet, the first inlet is connected to a first supply path, the second inlet is connected to a second supply path, the first and second 2. The apparatus according to claim 1, wherein the supply passages join at a joint portion in the mixing passage. 前記混合用通路への前記流体供給路の1つが、実質的に螺旋形の流れパターンの接線方向を向いている、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein one of the fluid supply paths to the mixing passage is oriented tangential to a substantially spiral flow pattern. 前記混合用通路が第1と第2の混合用通路区画を備え、前記第1の混合用通路区画は、混合する流体を、実質的に螺旋形である基板の周辺部から中心部に向ける構成にされており、その中心部において、前記第1の混合用通路区画は前記第2の混合用通路区画に流体を供給し、前記第2の混合用通路区画内では、混合される流体が、前記第1の混合用通路区画における螺旋パターンとは逆の螺旋パターンになって流れ、前記第2の混合用通路区画は、前記第1の混合用通路区画に隣接している、請求項1に記載の装置。   The mixing passage includes first and second mixing passage sections, and the first mixing passage section directs the fluid to be mixed from the peripheral portion of the substantially spiral substrate to the central portion. In the central portion, the first mixing passage section supplies fluid to the second mixing passage section, and in the second mixing passage section, the fluid to be mixed is The first mixing passage section flows in a spiral pattern opposite to the spiral pattern in the first mixing passage section, and the second mixing passage section is adjacent to the first mixing passage section. The device described. 前記放出口が前記基板の中心に位置する、請求項2に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein the outlet is located in the center of the substrate. 前記混合用通路の断面が、長方形、円形、楕円形、台形からなるグループの中から選択した形状である、請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the cross section of the mixing passage has a shape selected from the group consisting of a rectangle, a circle, an ellipse, and a trapezoid. カバー・プレートを備える、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, comprising a cover plate. 前記カバー・プレートが透明である、請求項8に記載の装置。   The apparatus of claim 8, wherein the cover plate is transparent. 前記放出口が第2の流体処理装置に接続されている、請求項2に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein the outlet is connected to a second fluid treatment device. 前記第2の流体処理装置が請求項1に記載したのと同様の装置である、請求項10に記載の装置。   11. The apparatus according to claim 10, wherein the second fluid treatment apparatus is the same apparatus as described in claim 1. 前記混合用通路が反応性材料からなる、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the mixing passage is made of a reactive material. 前記反応性材料が、触媒、酵素、リガンドなどからなるグループの中から選択される、請求項12に記載の装置。   The apparatus of claim 12, wherein the reactive material is selected from the group consisting of a catalyst, an enzyme, a ligand, and the like. 前記基板が、シリコン、金属、ガラス、プラスチック、ならびにこれらの組み合わせからなるグループの中から選択される、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the substrate is selected from the group consisting of silicon, metal, glass, plastic, and combinations thereof. 前記流入口と前記放出口が、前記主要上面に向かって開口している、請求項2に記載の装置。   The apparatus according to claim 2, wherein the inlet and the outlet are open toward the main upper surface. 前記流入口と前記放出口が、周辺縁部に向かって開口している、請求項2に記載の装置。   The apparatus according to claim 2, wherein the inlet and the outlet are open toward a peripheral edge. 前記流入口と前記放出口が、前記混合用通路と同じ平面内にある、請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the inlet and the outlet are in the same plane as the mixing passage. 前記流入口と前記放出口が、前記混合用通路のある平面の外に存在する、請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the inlet and the outlet are outside a plane having the mixing passage. 複数の流体を混合する請求項1に記載のマイクロ流体混合装置を使用して複数の流体を混合する方法であって、
a）混合する流体を選択するステップと；
b）装置の半径Rと、混合用通路の深さおよび幅を、
i）デッドスペースをできるだけ少なくする；
ii）混合される流体の流速；
iii）混合される流体の粘性率；
iv）0<tr<tc
（ただしtrは、前記混合用通路内を流れる流体の滞在時間であり、tcは、理想的な混合装置の中で流体が完全に混合するのに要する時間である）という方針に従って選択するステップと；
c）混合する流体を前記混合用通路に供給してその中を通過させるステップを含む方法。 A method of mixing a plurality of fluids using the microfluidic mixing device according to claim 1, wherein the plurality of fluids are mixed.
a) selecting a fluid to be mixed;
b) the radius R of the device and the depth and width of the mixing channel,
i) Minimize dead space as much as possible;
ii) the flow rate of the fluid to be mixed;
iii) the viscosity of the fluid to be mixed;
iv) 0 <t r <t c
(Where t r is the residence time of the fluid flowing in the mixing passage and t c is the time required for the fluid to mix completely in an ideal mixing device) Steps and;
c) supplying the fluid to be mixed to the mixing passage and passing therethrough. 前記混合用通路に流体を供給する2つの供給路のなす角度θを選択する操作を含む、請求項19に記載の方法。   20. The method according to claim 19, comprising an operation of selecting an angle θ formed by two supply passages for supplying fluid to the mixing passage. 混合した流体の性質を測定することによって混合の程度をモニターする操作を含む、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, comprising the step of monitoring the degree of mixing by measuring the properties of the mixed fluid. 第1の流体の1つの成分を第2の流体の1つの成分と反応させる操作を含む、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, comprising the act of reacting one component of the first fluid with one component of the second fluid. 上記成分の反応の程度をモニターする操作を含む、請求項22に記載の方法。   23. The method according to claim 22, comprising an operation of monitoring the degree of reaction of the components. 混合用通路を有する基板を備えた混合装置であって、
前記混合用通路は、第1と第2の混合用通路区画を備え、
前記第1の混合用通路区画は、混合する2種類以上の流体を、実質的に螺旋形である基板の周辺部から中心部に向ける構成にされており、その中心部において、前記第1の混合用通路区画は前記第2の混合用通路区画に流体を供給し、
前記第2の混合用通路区画内では、混合される流体が、前記第1の混合用通路区画における螺旋パターンとは逆の螺旋パターンになって流れ、前記第2の混合用通路区画は、前記第1の混合用通路区画に隣接している装置。 A mixing device comprising a substrate having a mixing passage,
The mixing passage includes first and second mixing passage sections,
The first mixing passage section is configured to direct two or more kinds of fluids to be mixed from a peripheral part of a substantially spiral substrate toward a central part. The mixing passage section supplies fluid to the second mixing passage section;
In the second mixing channel section, the fluid to be mixed flows in a spiral pattern opposite to the spiral pattern in the first mixing channel section, and the second mixing channel section is A device adjacent to the first mixing passage section. 2種類以上の流体を混合する方法であって、
a）2種類以上の流体を、出口を有する連続曲線状の混合用通路に供給するステップと；
b）その流体を、曲線状の混合用通路を流れている間に遠心力の効果を通じて互いに接触させるステップを含んでおり、曲線状の混合用通路は、流体が出口に向かって流れるときにその流体に大きな遠心力を及ぼす構造になっているため、流体が曲線状の混合用通路を流れている間は流体同士の有効接触面積が大きくなって拡散式混合が促進される方法。 A method of mixing two or more fluids,
a) supplying two or more fluids into a continuous curvilinear mixing passage having an outlet;
b) bringing the fluids into contact with each other through the effect of centrifugal force while flowing through the curved mixing passage, the curved mixing passages when the fluid flows toward the outlet; Since the structure exerts a large centrifugal force on the fluid, the effective contact area between the fluids is increased and the diffusion mixing is promoted while the fluid flows through the curved mixing passage. 前記カバー・プレートが前記基板と組み合わさって前記混合用通路を規定しており、前記混合用通路が、少なくとも1つの流入口と、1つの放出口とを備えている、請求項8に記載の装置。   9. The cover plate of claim 8, wherein the cover plate is combined with the substrate to define the mixing passage, the mixing passage comprising at least one inlet and one outlet. apparatus. 前記混合用通路の深さおよび幅と、装置の半径Rが、
i）デッドスペースをできるだけ少なくする；
ii）混合される流体の流速；
iii）混合される流体の粘性率；
iv）0<tr< tc
（ただしtrは、混合用通路内を流れる流体の滞在時間であり、tcは、理想的な混合装置の中で流体が完全に混合するのに要する時間である）という方針に従って選択されており、
Rは、実質的に螺旋形である基板の中心から基板の周辺部にある任意の点までの距離として測定される装置の半径であって連続的に変化している、請求項26に記載の装置。 The depth and width of the mixing passage and the radius R of the device are:
i) Minimize dead space as much as possible;
ii) the flow rate of the fluid to be mixed;
iii) the viscosity of the fluid to be mixed;
iv) 0 <t r <t c
(Where t r is the residence time of the fluid flowing in the mixing passage and t c is the time it takes for the fluid to mix completely in an ideal mixing device) And
27. The device radius according to claim 26, wherein R is the radius of the device, measured as the distance from the center of the substantially spiral substrate to any point at the periphery of the substrate, and continuously varying. apparatus.
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